CN1896370B - 一种混杂碳纤维布 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混杂碳纤维布。本发明所提供的混杂碳纤维布，是沿所述碳纤维布的长度方向上间隔含浸有树脂。本发明采用部分含浸的方法，在纤维布上间隔含浸树脂，提高了纤维布的张拉强度和张拉的均匀性，并通过混杂PBO连续纤维布来控制碳纤维布的早期局部破坏和连锁性的断裂，吸收碳纤维布早期部分断裂所带来的冲击，使得混杂碳纤维布具有良好的张拉强度，可广泛应用于构造物修复及加固。

Description

一种混杂碳纤维布

技术领域

本发明涉及一种混杂碳纤维布。

背景技术

随着城市基础设施的老化、大规模震灾等自然灾害的不断发生以及其他一些问题的不断出现，人们逐渐提高了对构造物修复及加固的认识。以前，主要采用在构造物表面粘贴钢板，或增厚混凝土等施工方法。最近主要采用在构造物表面粘贴纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)的加固施工方法，由于该施工方法具有良好的施工性及优良的耐腐蚀性等优点，而被广泛地认可和应用，现已渐渐取代传统的加固方法而成为主要的加固施工方法。然而，应用无预应力片材外粘法进行抗弯加固时，存在以下几个问题：①由于界面的抗剪能力有限，在未有效发挥纤维片材高强度等作用的情况下便发生脱落剥离等现象；②无法恢复结构物既存的损伤；③很难提高结构物的初期裂缝荷载、钢筋屈服强度、裂缝宽度等结构性能指标。因此，有必要导入张拉片材外粘法进行抗弯加固。

对于通过粘贴处于拉伸状态的连续纤维布而向结构导入预应力的张拉粘结加固技术，存在以下两个难点：①为了导入高的预应力，必须在粘贴前用树脂将连续纤维布进行含浸(即用特定的树脂对纤维进行浸润)并硬化，这样不仅导致施工工序的增加，也造成了产品在质量管理和运输上的困难；②由于FRP复合材料缺乏柔软性，其粘着性能和施工性上均存在一定的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好张拉性能的混杂碳纤维布。

本发明所提供的混杂碳纤维布，是沿碳纤维布的长度方向上间隔含浸有树脂。

其中，常用的树脂有FR-E3P环氧树脂等，含浸间隔为300mm-2000mm。

为了能有效传递和吸收混杂碳纤维布在使用过程中早期局部断裂所产生的冲击力，所述碳纤维布上还铺设有至少一层PBO(Poly-para-phenylene-Benzo-bis-Oxazole)连续纤维布。

为了更好地改善碳纤维布的张拉能力，碳纤维布的上、下面各铺设有一层PBO连续纤维布。所述碳纤维布与PBO连续纤维布之间含浸的部分用FR-E3P环氧树脂连接外，其他部分均处于非含浸状态。

本发明采用部分含浸的方法，即在纤维方向上每隔一定间隔用树脂进行一定长度的含浸，提高了纤维布的张拉强度和张拉的均匀性，并通过混杂PBO连续纤维布来控制碳纤维布的早期局部破坏和连锁性的断裂，并吸收碳纤维布早期部分断裂所带来的冲击，使得混杂碳纤维布具有良好的张拉强度。本发明的部分含浸混杂纤维片材优点在于：①工序简单，柔软性好，可避免全面含浸混杂纤维片材张拉技术所存在的问题；②与无含浸混杂纤维片材相比，材料的张拉强度有了较大地提高，可广泛应用于的构造物修复及加固。

附图说明

图1为拉伸实验测试方法1的结构示意图；

图2为拉伸实验测试方法2的结构示意图；

图3为拉伸实验测试方法3的结构示意图。

具体实施方式

实施例1、混杂碳纤维布

一、拉伸实验测试方法

1、如图1所示，将长为130mm碳纤维布11两个端部13用树脂含浸。在碳纤维布21两端装上玻璃层合板14以便于装夹和保护试件的端部在加载的过程中不受损伤，然后在10tf万能试验机上以1KN/Min的速度进行拉伸试验，此外，在试件的中央部分12上设置一个位移计15以测量纤维布的形变，载荷是通过10吨加载元件来测量。

2、如图2A所示，将长为2m的纤维布试件21的中央部分22以外的两个端部23用树脂含浸。通过焊有PC钢棒接合器25的钢板24对两端部23进行夹接，再用螺栓26将接合器夹紧。在其中的一个端部，通过孔式千斤顶以5KN/Min的速度对纤维布进行张拉并通过测力元件进行记录下荷载。此外，纤维布21的应变通过粘贴在纤维布上的应变片27进行测量。图2B是图2A的局部放大图。

3、如图3所示，将长度为10m的试件纤维布31，用钢板32对含浸部分进行装夹固定在张拉装置33上，以5KN/Min的速度对纤维布进行张拉。

二、混杂碳纤维布的拉伸实验结果

将一层PBO连续纤维布与一层碳纤维布(纤维布长度为2m)用日本日铁复合材料株式会社生产的FR-E3P环氧树脂(其拉伸强度大于29N/mm²、弯曲强度大于39N/mm²、拉伸剪断强度大于9.8N/mm²、主剂与硬化剂之比为2∶1)进行含浸，含浸间隔分别为400mm、850mm，混杂(将PBO铺设在碳纤维布上，需要含浸的部分用FR-E3P树脂对PBO及碳纤维布同时进行含浸)，并以碳纤维树脂增强复合材料CFRP(其设计张拉强度为3400N/mm²，该材料的性能详见由日本碳纤维加固补强方法技术研究会于1998年3月编制发行的“采用碳纤维布对混凝土进行加固补强的设计施工手册”；而PBO连续纤维布的设计张拉强度为3500N/mm²，无含浸碳纤维布的设计张拉强度为CFRP设计张拉强度的37.5～41.5％)为对照，按测试方法2进行拉伸实验，实验结果表明，混杂碳纤维布的断裂强度是碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的58.8～65.2％，拉伸试验中没有听到微小的断裂音，完全断裂的时候PBO连续纤维布和部分含浸碳纤维布同时发生断裂。

将一层PBO连续纤维布与一层碳纤维布用FR-E3P树脂进行含浸混杂，含浸间隔为1000mm，纤维布长度为2m，按测试方法3进行拉伸实验，并以碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)为对照，实验结果表明，含浸间隔为1000mm的部分含浸混杂碳纤维布的断裂强度是碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的53.1～62.8％，而两者无含浸混杂的混杂碳纤维布的断裂强度是碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的43.1～43.9％，当达到设计强度10％左右的时候开始听见微小的断裂声音，然后碳纤维布的断裂率先发生。

将2层PBO连续纤维布与一层碳纤维布(以FR-E3P树脂进行含浸，含浸间隔为1000mm、试验长度为2m)混杂，拉伸实验结果表明，混杂碳纤维布的断裂强度能够达到碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的56.6～57.0％，和使用1层PBO连续纤维布的相比，大致在相同的应变幅度下发生断裂。以2层PBO连续纤维布与一层碳纤维布(试验长度为2m，无含浸混杂)作为对照，其拉伸实验结果表明，混杂碳纤维布的断裂强度能够达到碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的52.1～53.0％，说明采用部分含浸的方法能提高混杂纤维布的张拉强度。

将2层PBO连续纤维布与一层碳纤维布(以FR-E3P树脂进行含浸，含浸间隔为400mm、试验长度为2m)混杂，混杂碳纤维布的断裂强度能够达到碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的58.6～76.9％，和使用1层PBO连续纤维布的相比，断裂强度提高，即通过增加混杂纤维布中PBO连续纤维布的层数，张拉能力也能够达到碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的60～70％。

将一层部分含浸碳纤维布(以FR-E3P树脂进行含浸，含浸间隔为1米以内、试验长度为2m)进行拉伸实验，结果表明，该部分含浸碳纤维布的断裂强度能够达到碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的36.2～49.3％。

以上结果说明，本发明的部分含浸混杂碳纤维布的拉伸强度能达到碳纤维树脂增强复合材料(CFRP)设计张拉强度的60～70％(通过增加混杂纤维布中PBO连续纤维布的层数和调整含浸间隔等方法可以达到)，这样就能够充分满足实际要求，并可以根据不同结构需要导入的预应力的不同，进行调整：如改变PBO纤维布的层数，含浸间隔的距离等。

Claims (6)

1.一种混杂碳纤维布，是沿碳纤维布的长度方向上间隔含浸有树脂；当主剂与固化剂之比为2∶1时，所述树脂的拉伸强度大于29N/mm²、弯曲强度大于39N/mm²、拉伸剪断强度大于9.8N/mm²。

2.根据权利要求1所述的混杂碳纤维布，其特征在于：所述树脂为日本日铁复合材料株式会社生产的FR-E3P环氧树脂。

3.根据权利要求2所述的混杂碳纤维布，其特征在于：所述间隔的距离为300mm-2000mm。

4.根据权利要求1-3任一所述的混杂碳纤维布，其特征在于：所述碳纤维布上还铺设有至少一层聚对苯撑苯并双恶唑连续纤维布。

5.根据权利要求4所述的混杂碳纤维布，其特征在于：所述碳纤维布的上、下面各铺设有一层聚对苯撑苯并双恶唑连续纤维布。

6.根据权利要求4所述的混杂碳纤维布，其特征在于：所述碳纤维布与聚对苯撑苯并双恶唑连续纤维布之间含浸的部分用日本日铁复合材料株式会社生产的FR-E3P环氧树脂连接。

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